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　　现代航空发动机如此先进，为何还要进行试车台的测试？

　　航空发动机是一项涉及机械、自动控制、电子、空气动力学、工程热物理、传热传质等多学科的复杂的系统工程。航空发动机内部的气动、热力和结构材料特性非常复杂，以至于到目前，很多发动机性能仍然需要依靠实际对发动机进行试车实验来获得。

　　航空发动机试车台是在地面模拟航空发动机运行环境，并对其加以测试的大型装置。在任何一台航空发动机正式投入使用（服役）前，必须对其性能、功能、强度以及可靠性有充分的认识和了解，以便发动机能够安全、有效、合理地为飞机提供飞行动力，做到万无一失。在经历各种种类繁多的测试后，航空发动机试车台能综合分析发动机的性能是否达到标准要求。

　　一直以来，试车台都是先进航空发动机自主研发过程中必不可少的一个关键装备。早在1947年，美国在刘易斯飞行试验推进实验室就建设了世界上第一个真正的高空试车台。40年代末，涡轮喷气发动机的诞生和发展使飞机突破了音障，美、英、法、俄（前苏联）等航空大国吸取了早期发动机研制中部件试验不足的教训，先后兴建了一批发动机部件试验设备。80年代，美国投资6.5亿美元，花了近10年时间，在90年代建成了目前世界上最大的航空发动机高空试车台。90年代末，日本和印度也各自投资10亿美元启动了各自的航空动力装置试验基地建设计划。由此可见，航空发动机试车台在飞机发动机研发和测试中的重要作用和地位。

　　发动机试车要经过哪些严苛的测试？

　　由于航空发动机对自身的稳定性和精度要求较高，每一款发动机在正式投入使用前需要经过大量的地面测试，并进一步接受飞行测试。在这些测试中，发动机会在极限下运转，以确证其满足了官方要求的所有安全和可靠性条件。

　　一款新的发动机若想获得认证，需要对发动机上15个不同部件进行32种长达数千小时的测试。其中有一些是具有决定性作用的，如位于飞机发动机前端的风扇叶片飞脱试验。爆炸物被放置在其中一个叶片上，然后被引爆，以便使其从风扇上分离。这是一个令人震撼的测试，在这个试验中，必须要证明发动机能够抑制叶片碎片，并防止其造成严重损害，从而确保飞机和乘客的安全。另一项测试就是我们所谓的“耐久试验”。

　　在耐久试验中，飞机发动机需要在不同的功率和温度条件下运行150小时，以证明其坚固性以及在极端飞行条件下的耐久性。此外还有“结冰”试验，用来证明结冰严寒大气条件不会影响发动机运行性能。另外，大大小小的冰雹也会被投射到发动机上用以模拟飞机在空中可能遇到的冰雹天气条件。然后还有一些其他测试，如吞鸟测试、灰尘测试、转矩测试、振动测试、腐蚀测试等诸多环节，直到达到测试标准，合格为止。

　　试车测试时会记录整个试验过程中的发动机参数变化情况，并在试验后分解发动机，分析结果和各部件的结构变形情况，为评估发动机的结构完整性和改进设计提供依据。

　　试车台在进行吞鸟测试时使用的是活鸟吗？

　　吞鸟测试主要是为了验证发动机在满功率运行的时候，是否能够承受一群较小的鸟类的撞击。一般人可能认为，体型小重量轻的鸟类，与钢筋铁骨的飞机发动机相撞应该是以卵击石。而事实是，一只7公斤的飞鸟撞在时速960公里的飞机上，冲击力将达到144吨，能把一台发动机撞坏甚至造成机毁人亡的惨剧！

　　那么试车台的吞鸟测试是怎样进行的呢？有传言说做这项试验时，用的是冷冻的鸡，但事实上，试验中用的是真正的鹅或海鸥，因为它们能更准确地呈现鸟类的肌肉组织。从正规渠道收集的鸟类尸体通过压缩被制成空气炮，按一定的速度和位置一只只地射进工作中的发动机。譬如，赛峰集团进行发动机测试时，使用的是经过政府、动物保护组织和兽医认证的死鸟。此外，除了认证和最终设计阶段测试，人们已经发明了以明胶为基础的弹丸来取代鸟类做实验。

　　航空发动机试车台测试发动机过程中，是不是会产生震耳欲聋的噪声呢？

　　飞机发动机像巨型吸尘器那样工作，每秒吸入约500立方米的空气。正因为如此，在航空发动机试车台的选址和建造过程中，噪声控制已成为试车台建设的一项十分重要的技术内容。噪声控制还是考核试车台建设是否符合规范、设计是否先进的重要标准。国内外航空发动机试车台设计规范中，均对操纵间、准备待试间、进排气塔外场30.0 m等处的噪声限值有明确的规定。如今的航空发动机试车台，多具有多重先进的消音设计，可大幅降低测试发动机最大推力时所产生的噪音，能够满足一般工业区噪音规范。

　　赛峰航空测试台公司（Safran Test Cells）属于赛峰集团旗下的赛峰航天推进器公司，是赛峰集团进行航空发动机测试的“卓越中心”，也是各类航空发动机测试技术的领导者。

　　作为中国最大的试车台设备供应商，赛峰航空测试台公司在中国开展航空发动机试车台业务已有25余年，已为中国多家企业提供测试设备和设施。赛峰航空测试台公司为中国航发商用航空发动机有限责任公司建造两座研发试车台，用于中国首台商用涡扇发动机CJ1000的测试；并为东安发动机公司在哈尔滨建造一座涡轴发动机试车台。

　　
世界各国航空发动机高空试车台

　　高空台全称“航空发动机高空模拟试车台”，是可以在地面模拟航空发动机空中工作环境条件，并获取发动机高空性能/特性等实验数据的大型实验设备。简而言之，就是在地面人工制造高空飞行条件，使安装在地面的发动机如同在高空工作一样，从而验证和考核发动机性能是否满足设计需求，比如它可以模拟0～30000米高空飞行环境，也可以模拟0～3马赫的速度。

　　在没有高空台的情况下，一般是将多发大型运输机、轰炸机改装成飞行台来进行发动机飞行试验，但飞行台的飞行高度一般不超过11000米，飞行速度低于0.85马赫，这对先进发动机研究远远不够。同时，由于飞行台工作效率和空间限制，试验周期很长，危险性也很大。

　　美国国防部和NASA经过对各种航空发动机的研发过程进行调查统计后得出结论，一台现代航空发动机在5～6年的研制周期中，高空实验要进行5000多小时，平均一天3小时。据英国统计，仅仅2周的高空台试验工作量就相当于300次飞行试验。英国上世纪50年代研制发动机时，本计划用火神轰炸机改装的飞行试验台进行试验，一次试验中发动机起火，导致试飞平台坠毁，无奈之下，英国人启用了高空台，结果他们惊喜的发现，原计划一年的飞行试验，在高空台上仅仅用了1个月，这使高空台显示出它极大的价值，并坚定了英国人对高空台的发展的信心。

　　1937年，德国建立起第一座冲压式发动机高空试验设备。1943年，美国在克利夫兰建立了世界上第一座真正意义上的发动机高空模拟风洞，模拟高度达到16000米，模拟速度达到810km/小时，试验段直径6.1米，曾用于多种活塞发动机的试验。上世纪40年代末，世界航空发动机进入喷气时代，1947年，美国在刘易斯飞行试验推进实验室建设了世界上第一个真正的高空台。

　　二十世纪40年代至60年代中期是航空科技蓬勃发展阶段，航空涡轮喷气发动机的诞生和发展使飞机突破了音障，并很快发展到两倍以上的音速，在这段时间内，美国建立近10个试验基地，拥有10座高空台，包括几十个高空试验舱。英国建立了3个发动机试验基地，拥有3座高空台，5个高空试验舱。法国建立了一个试验基地，4个高空试验舱。前苏联也建立了一个试验基地，4个高空试验舱。这其中，美国空军阿诺德工程发展中心（AEDC）在1956年耗资7870万美元，建成了世界上第一座推进风洞16T和16S。这是全世界第一座进行全尺寸进气道/发动机/尾喷管联合试验的高空台，能非常真实地模拟飞行时的状态。

　　80年代，美国投资6.5亿美元，花了近10年时间，在AEDC进行大规模技术改造，在90年代建成了目前世界上最大的航空发动机高空台（AST），舱体直径达8.5米,长度为26米,总空气流量为725kg/s，供气温度从-100℃至800℃；冷却用循环水量达40000立方米/小时,软化水处理能力为70000立方米/小时。

　　苏联为了适应大型民用涡扇发动机试验研究的需要，80年代末，中央航空发动机研究院（CIAM）决定在杜拉夫耶村基地增建一个直径为10米的特大型高空试验舱，并继续扩建其气源能力。该项目原定1999年投产。后因苏联解体，国家经济困难而中途暂停。

　　同期，日本和印度也各自投资10亿美元在90年代末启动了各自的航空动力装置试验基地建设计划。

　　高空台为什么重要？

　　而高空台的重要性一句话可以说明：它是先进航空发动机自主研发过程中必不可少的一个关键装备，也就是说，一个没有高空台的国家，是不可能独立自主研制出高性能发动机的，风洞是测试飞行器性能的，飞行器要飞起来还要好的发动机，而好发动机就必须经过高空台的测试。还有，高空台是放在地面测试发动机的，而不是像普通试车台一样悬着测。

　　为什么说高空台是必不可少的，因为发动机实验虽然在地面，但它工作环境却在空中,随着飞机飞行高度，速度的不断提高，发动机在整个飞行包线内的进气温度，压力和空气流量等参数会有很大变化。

　　比如在高空飞行，空气本来就稀薄，空气流量就相对降低，这些变化对于发动机内部的特性和工作稳定性是有直接影响的，同时，高空温度低，压力低，低温低压下的点火和燃烧就比地面困难的多，发动机推力和油耗率等指标，也会因为环境的不同发生变化，这些问题，无不需要通过实验去模拟验证，但一款发动机正处于工程研制阶段，其进度也就决定了它此时不能也不适宜直接装在试飞飞机上，去高空进行真实环境测试，因此就需要高空台，在地面来模拟空中环境的变化，，待实验完成，发动机技术成熟后，才会装到试飞飞机上进行测试，因此，高空台实验是发动机研制过程中无法绕过的必经之路。

　　如果说飞机的试金台是风洞，那么发动机的“临时岗位”就是高空台了，其实高空台就是发动机的“风洞”，它最早是由飞机推进系统的试验风洞逐步发展而来的，早在1928年，美国就曾在兰利试验中心用老式的推进系统试验风洞对航空活塞发动机进行过吹风试验，上世纪30年代中期，英国皇家飞机公司研制出了世界上第一个专门用于推进系统研究的风洞，这个风洞是亚音速的低速风洞，而且是开式的，不是密封的，这个风洞直径7.3米，为英国二战时期各种作战飞机发动机研制提供了宝贵的试验数据，它也被看做高空台的前身。

　　高空台的类型

　　高空台一般分为连接式，自由射流式和推进风洞式等几种，连接式高空台主要用于模拟发动机压气机进口截面到尾喷管排气截面的发动机内部热力过程的，它是把进口空气直接输进压气机进口，因此得名。

　　与连接式高空台仅能模拟发动机内部气流流动试验不同，自由射流高空台是把进气道和发动机连接在一起试验的，因为增加了气流通过进气道这一过程，它的模拟就比连接式更真实。

　　推进风洞式高空台则更进一步，它是把整个完整的发动机拿进闭式风洞试验舱进行试验，由于它是对完整的发动机进行试验，因此比前2种更吊，可以更逼真的反映发动机实际工作状态，但它个头也是最大，需要的试验舱气源功率也是最大，每次开车试验花的钱也如滚滚长江一般，所以从经济和实用的角度考虑 ，一般进行发动机试验时，都先用连接式和自由式尽量多的完成各科项目，最后再用推进风洞整机试验。

　　高空台难在哪？贵在哪呢？

　　以我国某型高空台为例，主要包括供气系统，试验舱，排气冷却系统，抽气系统和其他附属装置。

　　供气系统包括压气机，加温器，干燥及降温装置，混合器，相应的辅助系统和调温调压阀门等，它向试验舱内发动机提供合适的温度压力湿度和流量空气，它由14台离心式压缩机组成，最大供气量达350kg/s，最大供压达4.5个大气压。

　　它其中的加温器能够把流量近70kg/s的空气加热至500°C，加温器(冲天炉)运行一天所消耗的天然气相当于一个中小城市(44万户家庭)一天的消耗量，降温装置能够把流量50kg/s的空气从常温降到-70°C，其制冷量足够一个百万人口的城市在整个夏天每人都能享受空调，这是用专门的膨胀涡轮达到的，由美国引进。

　　高空舱内装有被试验的发动机及附属系统，试验舱前舱保持发动机压气机截面上的气流条件，而后舱则模拟飞行高度的大气压和温度。

　　排气系统包括排气扩压器，排气冷却器和抽气机(或称引射器)，及各种串并连接管道及阀门等，其中抽气机最大抽气容积流量达到27000立方米/分钟，可以在3分钟内抽光鸟巢内部空气，使其被大气压压垮。除此之外，它还有电，水和油系统，控制，数据采集系统等。

　　高空台的压气机，降温设备，泵，阀门，抽水机等许多设备都需要电力驱动，试车时耗电量惊人，是名副其实的电老虎，该高空台总装机容量17万千瓦，一天用电量相当于250万人口的中型城市一天的生活用电量，为了缓解高空台启动时对居民和工业用电的影响，试验一般安排在后半夜进行，并与当地电力部门协调好防止跳闸。

　　为了冷却大量的高温设备和调节发动机进口空气湿度，高空台还需要大量的喝水，不仅要喝水，为了防止管道结垢堵塞和异物进入，还要喝经过软化过滤处理的纯净水，高空台日耗水量相当于一个450万人口的大型城市日用水量，一般的管道输水（自来水）是远远不够的，为了满足高空台需要，还专门在临近高空台的一座小山上修建了一座近百亩的小型水库，试验时先用水泵将水抽如水库，在通过直径1米的输水管道进入高空台等设备中，其作用和原理水塔和高层建筑的水箱。

　　那高空台都试些什么？

　　高空台试验第一个内容就是发动机的全部飞行范围，我们都知道飞行试验台是发动机试验的重要手段，但目前的飞行试验台一般都是运输机轰炸机，受其飞行性能限制，只能模拟飞行高度11km以下，M0.85范围内的发动机试验，而现代的发动机飞行高度在25~38km，飞行速度在M2.5~3，因此只能靠高空台模拟，同时，地面测试如果发现了问题，可以很快的休整，如果是在飞机上试验出问题了，那麻烦就大了。如果用老发动机带新发动机这样的方法去试验，无疑大大增加飞行危险，需要试飞员去冒险试验，而高空台就不用了。

　　还可以模拟恶劣环境条件，恶劣环境指2方面，一是实际飞行中不可能出现的，但发动机规范中要求的试验，也就是极限试验，它要求发动机在实际飞行中不可能达到的温度速度高度下正常工作，这样有利于保障发动机的可靠性。

　　另一方面指实际飞行中可能遇到的极端环境，比如沙漠，高原等，因为飞机在实战中有可能飞往各个地方，如果实地测试，研制人员必须辗转万里地找地方，费时间又费钱，而高空台则可以轻松模拟这些环境。

　　第三个试验内容是发动机的核心关键部件，比如压气机，风扇，加力燃烧室等，根据国外科研人员的经验，要成功发展一款高性能的加力燃烧室，一般要在高空台上进行2000个小时的全尺寸加力燃烧室试验。

　　第四，进行非传统航空发动机的试验，现在随着高超音速技术的发展，涡轮基组合发动机等新概念纷纷问世，研究人员也用高空台对它们进行测试。

　　中国高空台的发展

　　中国高空台的起步与研究并不晚，早在上世纪50年代末，我国就开始了高空台的建设，当时是与苏联合作，但无奈中苏关系恶化，苏联中断了技术支持，从此中国开始独立研究，1965年，选定在四川北部秦岭山区建设我国第一个高空台，老一辈建设者不畏艰难，历经30年奋斗，终于在1995年建成，通过国家验收并使用，从这个时间跨度可以看出高空台建设难度之大，之后在1号高空台的基础上，又研发建造了2号高空舱，此外为了满足涡轴涡桨发动机研制需求，又建立了新的高空台。

　　来源：赛峰集团，两机动力控制，航空微读